车辆出颠簸路第一脚无制动故障分析

康 乐，尹 浩，刘 扬

Kang Le，Yin Hao，Liu Yang

（北京汽车股份有限公司汽车研究院，北京 101300）

制动系统作为汽车的重要组成部分，其可靠性直接影响汽车行驶安全性。据有关资料介绍，在由于车辆本身的问题造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故占总数的 45%。而制动器作为制动系统关键执行机构，在保障系统工作可靠性方面起着举足轻重的作用。制动效能及其稳定性是评价制动系统的重要指标，行车过程中（特别是高速行驶）如果制动效能突然降低，将会导致严重的后果[1-2]。车辆在行驶一段颠簸路后第一脚制动效能低或无制动效能是车型开发过程中的常见路试故障之一。出现该故障通常是由于活塞压入力过小和卡钳钳体滑动阻力过小。

通过故障现场查看及故障件台架测试等方法进行排查，确定活塞压入力正常且相对于新件无明显衰退趋势；而制动钳上固定钳体和支架的弹性卡箍脱落，引起钳体滑动阻力偏小，是导致故障发生的原因。通过将现有弹性卡箍与原型车的弹性卡箍对比，发现卡箍的空间走向、卡紧位置角度不一致、明显的折痕以及材质偏软是导致卡箍易脱落、断裂以及对于钳体无明显固定作用的原因。针对此问题，采用依照原型件重新逆向弹性卡箍，改进加工工艺，优化材质等方法进行整改。整改后的样件通过实车搭载试验验证，解决了车辆出颠簸路后第一脚无制动效能问题，从而保证路试过程中制动系统的可靠性和安全性。

1 故障描述及初步分析

1.1 故障描述

某车型制动器依据原型车SAAB 93进行国产化开发，开发阶段可靠性路试验证时出现车辆经过一段石块路、颠簸路或者搓板路后第一脚制动时无制动效能或制动效能非常低，第二脚制动效能恢复的问题。

经与试验员了解，第二脚制动效能可以恢复，其他路段制动无此类问题，故障件基本可以锁定制动器，排除制动系统其他零部件故障可能性。出现此类故障，其直接原因通常为制动盘与制动块之间产生了较大的间隙，第一次制动时，系统油压转化的活塞动作量不足以补偿该间隙，制动块与制动盘之间不能压紧摩擦产生制动力矩或产生的制动力矩非常低，导致整车无制动效能或制动效能低。同时，由于制动器的自调整功能，在第一次制动时活塞自调补偿了制动块和制动盘之间的部分间隙，再次制动时，制动效能才可以逐步恢复正常状态。

问题集中在制动盘与制动块在车辆颠簸时为何会产生较大间隙。车辆颠簸运动时，制动盘与制动块之间的不断“碰撞”，使得制动块不断退离制动盘，制动块内侧通过三卡爪固定在活塞上，活塞也不断退回。活塞退回量偏大是导致间隙大的原因，而活塞退回量大可能的原因一是活塞压入力小，不符合设计要求；二是钳体滑动阻力小（活塞压装在制动钳钳体活塞缸内），不符合设计要求。

1.2 故障现场排查及初步分析

为更清晰了解故障情况及查明故障原因，到故障现场排查问题。首先试车，共 3台车故障，如试验员所述出颠簸路后几乎无制动力，车辆处于极危险状况，第二脚踩制动时制动力才可恢复。试车后进行查车，发现故障车前制动钳钳体与支架之间的固定用弹性卡箍脱落，而其他未出现该故障的车辆弹性卡箍完好。使用试验备件弹性卡箍重新固定钳体与支架，再次试车，第一脚制动力恢复，跟踪试验一天（约200 km）无故障复发。为充分排查故障，将一台故障车的前制动钳总成带回厂家进行故障分析。

弹性卡箍的作用简述：弹性卡箍使用弯钩固定在钳体对应钩孔内，同时靠两端压紧在支架表面，由于支架在整车上是固定不动的，通过二者之间的压紧，防止钳体沿活塞轴向的过度运动及俯仰运动，保证活塞可靠工作及制动钳总成和各零部件的可靠耐久性。

2 故障件排查

2.1 活塞压入力分析

如图 1所示，对新生产制动钳、故障件和原型车制动钳进行活塞压入力测试，测试结果见表1，故障件活塞压入力合格，排除活塞压入力过小导致第一脚无制动故障的可能。

表1 活塞压入力测试结果

2.2 钳体滑动阻力分析

如图 2所示，对故障件、新生产制动钳和原型车制动钳进行钳体滑动阻力测试，测试带弹性卡箍、不带弹性卡箍、带原型件弹性卡箍等几种情况。测试结果见表2～表5。

1）故障件（第一脚无制动）

表2 钳体滑动阻力（故障件）

2）新件

表3 钳体滑动阻力（新件）

3）原型车制动钳

表4 钳体滑动阻力（原型车）

4）马自达3原装卡钳

此卡钳与SAAB 93卡钳结构相似，二者卡簧形状一致。

通过以上测试可以看出：

国产制动钳弹性卡箍对钳体的固定作用不明显；原型车的弹性卡箍无论是安装在原型件、新件，还是路试故障件，钳体滑动阻力均有明显增加，可见卡箍对钳体的固定作用明显；马自达 3的弹性卡箍与原型车卡箍表现一致，可作为整改参考。

表5 钳体滑动阻力（马自达3）

2.3 弹性卡箍分析

原型车SAAB 93的弹性卡箍与支架为内侧接触，外侧不接触，这样压紧支架的力与钩住钳体的力为对角力，弹性卡箍不易脱落。国产化弹性卡箍与支架为中间靠外侧接触，压紧支架力与钩住钳体力为同侧，制动过程中钳体运动，弹性卡箍外侧脱离钳体易发生脱落。将原型车弹性卡箍与国产弹性卡箍对比，发现：

1）国产件钩头折弯角度不合理，与卡钳接触位置偏外（易脱出），国产件钩头长度偏短，易脱出；

2）国产件折弯处有明显折痕，卡箍易在折弯处断裂，直至脱落，而原型件为圆滑过渡；

3）将弯钩处重合，查看其他部分的重合情况，原型件和国产件呈反向，另一端弯钩处及压紧端完全不能重合，也正好说明了二者与支架接触位置相反的现象；

4）国产件材质机械性能较原型件差，原型件材质为机械弹簧用钢丝-高的抗拉强度SH级，国产件材质为碳素弹簧碳素钢丝 70A-C（C为中等应力弹簧）。

基于上述，国产弹性卡箍与原型件在形状、折痕、材质上的差异是导致其发生脱落和断裂故障的原因，也是车辆出颠簸路后第一脚制动无制动效能或制动效能低的根本原因。

3 弹性卡箍整改及验证

1）将原型车的弹性卡箍点云扫描，重新逆向结构，并根据三维图更新二维图，规定关键尺寸及关键技术要求；

2）折弯工艺改进，改善折痕；

原状态：刀具R0.5；改进后的状态：刀具R2；

3）材料由弹簧碳素钢70A改为DH-2高弹性弹簧钢，性能对比见表6，可见整改后材质性能明显优于原材质。

表6 材料性能对比

整改后弹性卡箍通过台架振动耐久试验验证，无脱落现象复发；并搭载可靠耐久车验证，解决了车辆出石块路、颠簸路或搓板路后第一脚无制动力的问题，从而保证了试验过程中的安全性、整车的可靠性及制动安全性。

4 结 论

通过故障现场及台架测试方法排查故障，发现固定钳体和支架的弹性卡箍的脱落是导致车辆出石块路、颠簸路或搓板路后第一脚制动时无制动效能或制动效能低的原因。经过弹性卡箍国产件与原型件的对比分析，确定国产件弹性卡箍形状、材质、折弯工艺是导致弹性卡箍发生脱落现象的原因，并通过重新逆向原型件、材质变更、工艺改善对弹性卡箍进行整改。整改后的弹性卡箍通过振动耐久台架测试及整车可靠耐久路试，从而保证了车辆制动安全性。

[1]方泳龙.汽车制动理论与设计[M].北京：国防工业出版社，2005.

[2]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.